Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của ngành điện tử thì trong công nghệ ôtô cũng có những thay đổi mạnh mẽ. Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là giảm được mức ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra . Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay. Việc khảo sát cụ thể hệ thống phun xăng điều khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này. Đặc biệt trong thời gian thực tập tốt nghiệp tại công ty Hyundai-Vinamotor Đà Nẵng em đã được tìm hiểu tài liệu đồng thời được trực tiếp tham gia bảo dưỡng, sửa chữa cũng như chuẩn đoán và điều chỉnh xe trong đó chủ yếu là các ôtô của hãng Hyundai. Đây cũng là lý do mà em chọn đề tài khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 lắp trên xe Santa Fe của hãng 1 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 Hyundai để làm đề tài tốt nghiệp, với mong muốn bổ sung và tìm hiểu sâu hơn những kiến thức về hệ thống phun xăng điều khiển điện tử. Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn PSG.TS. Trần Văn Nam, các thầy cô giáo trong khoa, cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng ngày 28 tháng 05 năm 2009 Sinh viên thực hiện. Trần Đại Quốc 1. Đặc điểm cung cấp nhiên liệu ở động cơ xăng. 1.1. Mục đích. Chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp hơi xăng và không khí cho động cơ, đảm bảo số lượng và thành phần của hỗn hợp không khí và nhiên liệu luôn phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng bao gồm các thiết bị: thùng xăng, bơm xăng, lọc xăng . Đối với hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử còn có ống phân phối, vòi phun chính, vòi phun khởi động lạnh, bộ điều áp, bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu, hệ thống điều khiển kim phun, ECM động cơ. 1.2. Các yêu cầu hỗn hợp cháy của động cơ xăng. 1.2.1. Yêu cầu nhiên liệu. 2 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 • Có tính bay hơi tốt. • Hạt phải nhỏ và phần lớn ở dạng hơi. • Tính lưu động ở nhiệt độ thấp tốt. • Tính chống cháy kích nổ cao. 1.2.2. Tỷ lệ hỗn hợp. • Có thành phần hỗn hợp thích ứng với từng chế độ làm việc của động cơ. • Hỗn hợp phải đồng nhất trong xylanh và như nhau với mỗi xylanh. • Đáp ứng từng chế độ làm việc của động cơ, thời gian hình thành hỗn hợp phải đảm bảo tốc độ (không dài quá không ngắn quá). • Hỗn hợp cung cấp phải đáp ứng với ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và nhiệt độ động cơ. • Thành phần nhiên liệu phải đảm bảo giúp cho sự hình thành hỗn hợp tốt. 1.3. Phân loại hệ thống nhiên liệu. 1.3.1. Phân loại theo hệ thống dùng bộ chế hòa khí. • Hệ thống phun chính giảm độ chân không sau ziclơ chính • Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở họng. • Hệ thống có ziclơ bổ sung. • Hệ thống điều chỉnh tiết diện ziclơ chính kết hợp với hệ thống không tải. 1.3.2. Phân loại theo hệ thống phun xăng. 1.3.2.1. Phân loại theo số vòi phun sử dụng. a) Hệ thống phun xăng nhiều điểm. Mỗi xylanh động cơ được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt. Xăng được phun vào đường ống nạp ở gần sát xupap nạp. Phun xăng nhiều điểm có thể là kiểu phun liên tục hay phun theo chu kỳ thời gian. Hệ thống phun xăng nhiều điểm thường dùng cho xe du lịch cao cấp có dung tích xylanh lớn (trên 1600cm 3 ). Hệ thống phun xăng nhiều điểm cung cấp tỷ lệ xăng không khí tốt hơn so với kiểu phun xăng một điểm do tỷ lệ khí hỗn hợp cung cấp cho các xylanh hoàn toàn đồng nhất. Ưu điểm này giúp tiết kiệm nhiên liệu, tăng hiệu suất cho động cơ và giảm hơi độc trong khí thải. 3 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 Hình 1-1 Sơ đồ bố trí vòi phun nhiều điểm b) Hệ thống phun xăng một điểm. Gồm một hay hai vòi phun. Việc chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu - không khí được tiến hành ở một vị trí tương tự như trường hợp bộ chế hoà khí, sử dụng vòi phun duy nhất. Xăng được phun vào đường nạp, bên trên bướm ga. Hỗn hợp được tạo thành trên dường nạp. Hệ thống này được sử dụng khá phổ biến trên động cơ các loại xe công suất nhỏ do cấu tạo tương đối đơn giãn và giá thành không quá cao. Đo độ chân không trong đường ống nạp và cảm nhận lượng khí nạp bằng mật độ của nó. Hệ thống phun xăng này có thể phun kiểu liên tục hay phun theo chu kỳ thời gian c) Hệ thống phun xăng hai điểm. 4 Hình 1-2 Đường ống bố trí vòi phun một điểm 1 :Vòi phun 2:Hỗn hợp không khí nhiên liệu 3: Bướm ga 4:Ống phân phối Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 Thực chất đây là một biến thể của hệ thống phun xăng một điểm trong đó sử dụng thêm một vòi phun thứ hai đặt bên dưới bướm ga nhằm cải thiện chất lượng quá trình tạo hỗn hợp. 1.3.2.2. Phân loại theo biện pháp điều khiển phun xăng. a) Hệ thống phun xăng điều khiển bằng cơ khí. * Nguyên lý làm việc Dùng trên động cơ xăng: Sự phân phối nhiên liệu được dẫn động bằng cơ khí. Bơm nhiên liệu được dẫn động bằng điện. Kiểu điều khiển này được người Đức gọi là K-Jectronic (đây là hệ thống phun nhiên liệu liên tục được dẫn động bằng cơ khí). K-Jectronic gồm có cảm biến lưu lượng không khí, hệ thống cung cấp nhiên liệu, cảm biến và bộ phận phân nhiên liệu. Cảm biến lưu lượng không khí (air – flow sensor) được dùng để đo lượng không khí và động cơ hút vào ở bất kỳ chế độ tải nào. Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng để hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu đi qua bộ tích năng, qua lọc nhiên liệu đến bộ định phân nhiên liệu Ngoài ra hệ thống cung cấp nhiên liệu còn có nhiệm vụ làm cho nhiên liệu có một áp suất lớn, đủ khả năng hoà trộn với không khí, tạo ra một hỗn hợp có thành phần thích hợp nhất. * Sơ đồ hệ thống phun xăng điều khiển bằng cơ khí 5 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 Hình 1-3 Sơ đồ hệ thống phun xăng điều khiển bằng cơ khí 1: Bình xăng; 2: Bơm xăng điện; 3: Lọc xăng; 4: Vòi phun; 5: Xupap 6: Đường ống nạp ; 7: Pittông ; 8: Xylanh; 9: Bướm ga ; 10: Đường không tả; 11: Lọc không khí ; 12: Đường ống thải ; 13: Bộ ổn định áp suất ; 14: Bộ tích tụ xăng ; 15: Vòi phun khởi động lạnh ; 16: Bộ phân phối định lượng xăng ; 17: Van điều chỉnh áp suất ; 18: Trục khuỷu ; 19: Lưu lượng kế không khí ; 20: Bộ tiết chế sưởi nóng động cơ ; 21: Ống góp nạp ; 22: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Bộ định phân nhiên liệu có nhiệm vụ định ra một lượng thích hợp với điều kiện hoạt động của xe. Ngoài ra nó có nhiệm vụ phân phối nhiên liệu cho các kim phun của từng xylanh. Chính vì vậy khi Việt hoá danh từ này chúng ta kết hợp theo hai chức năng này để gọi tên “ Bộ định phân nhiên liệu ”. Lượng không khí nhận biết bằng cảm biến đo lưu lượng (thông qua vị trí tấm cảm biến lưu lượng gió) được hút vào động cơ chính là tiêu chuẩn để định lượng nhiên liệu đến các xylanh. Có thể hiểu rằng lượng không khí hút vào động cơ quay lại điều khiển sự định lượng nhiên liệu đơn thuần chỉ bằng cơ khí. b) Hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử. Ở các loại hệ thống phun xăng này, một loạt các cảm biến sẽ cung cấp thông tin dưới dạng các tín hiệu điện liên quan đến các thông số làm việc của động cơ cho một thiết bị tính toán thường được gọi là bộ vi sử lý và điều khiển trung tâm. Sau khi sử lý các thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lượng xăng cần cung cấp cho động cơ theo một chương trình tính toán đã được lập trình sẵn và chỉ huy sự hoạt động của các vòi phun xăng (thời điểm phun và thời gian phun). 6 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 Hình 1-4 Sơ đồ hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử Nhiên liệu xăng được cung cấp bằng một bơm tiếp vận dẫn động bằng điện để tăng tới áp lực phun. Nhiên liệu được phun nhờ sự mở van của các kim phun, bên trong kim phun có các van được điều khiển đóng mở nhờ một cuộn dây tạo ra một nam châm điện (solenoid). ECM điều khiển kim phun, cấp cho các kim phun một xung điện vuông, có chiều dài xung thay đổi. Dựa vào chiều dài của xung này, kim phun sẽ mở lâu hay ngắn, lượng nhiên liệu sẽ được phun nhiều hay ít. ECM dùng các cảm biến để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, điều kiện môi trường, từ đó điều khiển thời gian phun nhiên liệu ( thông tin quan trọng nhất đó là lưu lượng không khí được hút vào động cơ). 1.3.2.3. Phân loại theo cách xác định lượng khí nạp. a) Hệ thống phun xăng dùng lưu lượng kế: loại L • Hệ thống phun xăng loại này được trang bị thiết bị đo lưu lượng cho phép đo trực tiếp thể tích hay khối lượng không khí lưu thông trong đường nạp. Thông tin về lưu lượng khí được cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện để làm cơ sở tính toán thời gian phun. • Lưu lượng thể tích: thiết bị này làm việc theo nguyên tắc đo lực của dòng khí tác động lên một cửa đo quay quanh một trục lắp trên đường nạp. Góc quay của cửa phụ thuộc lưu lượng khí nạp và được xác định bởi một điện thế kế. Như vậy, thiết bị sẽ cung cấp một tín hiệu điện tỷ lệ với lưu lượng khí cho bộ điều khiển trung 7 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 tâm. Để tăng độ chính xác phép đo, người ta thường dùng thêm một nhiệt kế để đo nhiệt độ không khí trong quá trình nạp. • Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng: một sợi dây kim loại rất mãnh được căng ở một vị trí đo trong đường nạp. Khi lưu lượng khí thay đổi thì nhiệt độ và điện trở của dây cũng thay đổi theo. Một mạch điện tử cho phép điều chỉnh tự động dòng điện đốt nóng dây. Dòng điện này sẽ tỷ lệ với lưu lượng khí. Theo nguyên tắt này, việc đo nhiệt độ dòng khí sẽ không cần thiết nữa vì lưu lượng khối lượng được đo trực tiếp nên độ chính xác phép đo không bị ảnh hưởng bởi những dao động của nhiệt độ khí như phương pháp trên. • Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng: hệ thống này hoạt động theo nguyên lý tương tự như hệ thống trên. Việc thay thế dây kim loại bằng hai tấm kim loại gốm mỏng cho phép tăng độ bền vững của thiết bị đo và hạn chế ảnh hưởng do bụi bặm hoặc rung động. Hai tấm kim loại này có điện trở phụ thuộc nhiệt độ được mắc thành cầu điện trở, một để đo lưu lượng, một để đo nhiệt độ khí. • Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lưu lượng kiểu siêu âm sử dụng hiệu ứng Karman - Vortex. Một cơ cấu đặt biệt được lắp trên đường nạp nhằm tạo ra các chuyển động xoáy lốc của dòng không khí ở một vị trí xác định. Số lượng xoáy lốc sẽ tỷ lệ với lưu lượng thể tích. Một nguồn sóng siêu âm đặt trên đường ống nạp, phát sóng có tần số xác định theo hướng vuông góc với dòng chảy không khí. Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm xuyên qua dòng khí phụ thuộc vào lượng khí chuyển động xoáy. Một thiết bị nhận sóng siêu âm sẽ đo tốc độ này và gửi tín hiệu điện đến bộ điều khiển trung tâm. b) Hệ thống phun xăng có thiết bị đo lưu lượng kiểu áp suất : loại D Ở hệ thống phun xăng loại này, lượng khí nạp được xác định thông qua áp suất tuyệt đối trong ống nạp và chế độ tốc độ của động cơ, dựa vào các tham số hay đặc tính chuẩn đã được xác định từ trước, có tính đến biến thiên áp suất trong quá trình nạp. Các đầu đo được sử dụng thường là cảm biến áp suất kiểu áp điện - điện trở kết hợp với nhiệt kế để đo nhiệt độ chuyển động. Trong thực tế, khi khởi động động cơ, do nhiệt độ thấp nên mật độ không khí tăng, ở cùng một áp suất thì lưu lượng khí nạp thực tế sẽ lớn hơn lưu lượng tính toán, dẫn đến hỗn hợp nhạt có thể gây chết máy. Dựa trên thông tin về nhiệt độ không khí do cảm biến cung cấp, bộ điều khiển trung tâm sẽ tăng lượng xăng phun ra khi nhiệt độ khí nạp thấp. Phép đo lưu lượng kiểu này thường áp dụng cho các hệ thống phun xăng một điểm. • Ưu điểm: o Kết cấu, bảo dưỡng đơn giãn, dễ lắp đặt điều chỉnh, giá thành hạ. 8 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 o Ít gây sức cản khí động phụ trên đường nạp. • Nhược: o Không đo trực tiếp lưu lượng không khí. o Nhạy cảm với dao động áp suất và nhiệt độ trên đường nạp. 1.3.2.4. Phân loại theo chu kỳ phun: a) Hệ thống phun xăng liên tục * Sơ đồ hệ thống phun xăng liên tục (k-Jetronic) Hình 1-5 Sơ đồ hệ thống phun xăng liên tục (K-Jetronic) 1. Thùng xăng ; 2. Bơm xăng điện ; 3. Bộ tích tụ xăng ; 4. Lọc xăng ; 5. Bộ thiết chế sưởi nóng động cơ ; 6. Vòi phun xăng ; 7. Ống góp hút ; 8. Vòi phun khởi động lạnh ; 9. Bộ phân phối xăng ; 10. Bộ cảm biến dòng không khí nạp ; 11. Van thời điểm ; 12. Bộ cảm biến lambda ; 13. Công tắc nhiệt- thời gian 14. Đầu chia lửa ; 15. Cơ cấu cung cấp không khí phụ trội ; 16. Công tắc vị trí bướm ga ; 17. ECM ; 18. Công tắc máy và khởi động ; 19. Ắc quy * Nguyên lý chung + Xăng được cho phun ra liên tục vào ống nạp và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp + Điều chỉnh lượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển, không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ. + Lưu lượng xăng phun ra được ấn định do áp suất tác động phun xăng. Kiểu phun xăng liên tục có thể là loại phun nhiều điểm hay phun một điểm. b) Hệ thống phun xăng theo chu kỳ thời gian 9 Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ G6EA-GSL2.7 Cảm nhận trực tiếp lượng khí nạp chạy qua đường ống nạp bằng mmột cảm biến đo lưu lượng kế. Vòi xịt xăng ra theo chu kỳ thời gian quy định được lập trình sẵn trong máy tính ECU âäüng cå Caïc caím biãún 2 1 14 13 3 4 5 6 12 11 9 8 7 10 Hình 1-6 Sơ đồ hệ thống phun xăng theo chu kỳ thời gian (L-Jectronic) 1. Lọc khí; 2. Lọc tinh nhiên liệu; 3. Thùng nhiên liệu; 4. Bơm xăng điện; 5. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 6. Hệ thống khí xả; 7. Ắc quy; 8. Khóa điện; 9. Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 10. Ống góp nạp; 11. Bộ điều áp; 12. Bướm ga; 13. Cảm biến trục cam; 14. Cảm biến lưu lượng khí nạp. 1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu trong động cơ xăng. 1.4.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu dùng Bộ chế hòa khí. Trên các động cơ xăng cổ điển việc tạo hỗn hợp nhiên liệu không khí đều ở bên ngoài động cơ một cách thích hợp trong một thiết bị riêng trước khi đưa vào buồng cháy động cơ gọi là bộ chế hoà khí. Các bộ chế hoà khí hiện nay được chia ra làm ba loại sau. • Loại bốc hơi. • Loại phun. • Loại hút:  Loại hút đơn giản.  Loại hút hiện đại. 1.4.1.1. Chế hoà khí bốc hơi. Chế hoà khí bốc hơi chỉ dùng cho loại xăng dễ bốc hơi. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: 10